2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用學(xué)案粵教版.doc
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2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用學(xué)案粵教版 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.能綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖象問題.2.掌握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法.3.能解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量結(jié)合的綜合問題． 一、電磁感應(yīng)中的圖象問題 1．問題類型 (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象． (2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量． 2．圖象類型 (1)各物理量隨時(shí)間t變化的圖象，即B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象． (2)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，還涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖象，即E－x圖象和I－x圖象． 3．解決此類問題需要熟練掌握的規(guī)律：安培定則、左手定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等． 例1 將一段導(dǎo)線繞成圖1甲所示的閉合回路，并固定在紙面內(nèi)，回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ中．回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場(chǎng)Ⅱ，以向里為磁場(chǎng)Ⅱ的正方向，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示．用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖象是 ( ) 圖1 答案 B 解析 由題圖乙可知0～時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性變化，即＝k(k是一個(gè)常數(shù))，圓環(huán)的面積S不變，由E＝＝可知圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，則回路中的感應(yīng)電流大小不變，ab邊受到的安培力大小不變，從而可排除選項(xiàng)C、D；0～時(shí)間內(nèi)，由楞次定律可判斷出流過ab邊的電流方向?yàn)橛蒪至a，結(jié)合左手定則可判斷出ab邊受到的安培力的方向向左，為負(fù)值，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確． 本類題目線圈面積不變而磁場(chǎng)發(fā)生變化，可根據(jù)E＝nS判斷E的大小及變化，其中為B－t圖象的斜率，且斜率正、負(fù)變化時(shí)對(duì)應(yīng)電流的方向發(fā)生變化． 例2 如圖2所示，在x≤0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于xOy平面(紙面)向里．具有一定電阻的矩形線框abcd位于xOy平面內(nèi)，線框的ab邊與y軸重合．令線框從t＝0時(shí)刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流i(取逆時(shí)針方向的電流為正)隨時(shí)間t的變化圖象正確的是( ) 圖2 答案 D 解析 因?yàn)榫€框做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv＝Blat，因此感應(yīng)電流大小與時(shí)間成正比，由楞次定律可知電流方向?yàn)轫槙r(shí)針． 二、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1．電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向． (2)求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向． (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)． (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解． 2．兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)． 處理方法：根據(jù)平衡條件——合力等于零列式分析． (2)導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)——加速度不為零． 處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析． 例3 如圖3甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻，一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦． 圖3 (1)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大??； (2)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值． 答案 (1) gsinθ－ (2) 解析 (1)如圖所示，ab桿受重力mg，豎直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上． 當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，此時(shí)電路中的電流 I＝＝ ab桿受到安培力F安＝BIL＝ 根據(jù)牛頓第二定律，有 mgsinθ－F安＝ma 聯(lián)立解得a＝gsinθ－. (2)當(dāng)a＝0時(shí)，ab桿有最大速度：vm＝. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及到具有收尾速度的力學(xué)問題時(shí)，關(guān)鍵是做好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析： →→→→→→ 周而復(fù)始地循環(huán)，達(dá)到最終狀態(tài)時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件建立方程，所求解的收尾速度也是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的最大速度． 針對(duì)訓(xùn)練 (多選)如圖4所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，且電阻不計(jì)．a(chǎn)b是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿．開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，一段時(shí)間后，再將S閉合，若從S閉合開始計(jì)時(shí)，則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖象可能是( ) 圖4 答案 ACD 解析 設(shè)ab桿的有效長(zhǎng)度為l，S閉合時(shí)，若>mg，桿先減速再勻速，D項(xiàng)有可能；若＝mg，桿勻速運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)有可能；若下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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